مؤشر اللزوجة

مؤشر اللزوجة ( VI ) هو مقياس اعتباطي، بلا وحدات، لتغير لزوجة السائل تبعًا لتغير درجة الحرارة. يُستخدم غالبًا لوصف سلوك لزوجة زيوت التشحيم مع تغير درجة الحرارة . كلما انخفض مؤشر اللزوجة، زاد تأثر اللزوجة بتغيرات درجة الحرارة. وكلما ارتفع، زادت استقرار اللزوجة ضمن نطاق حراري معين. كان مؤشر اللزوجة يُقاس في الأصل على مقياس من 0 إلى 100؛ إلا أن التطورات في علم التشحيم أدت إلى تطوير زيوت ذات مؤشرات لزوجة أعلى بكثير. ^{[ 1 ]}

ترتبط لزوجة المُزَلِّق ارتباطًا وثيقًا بقدرته على تقليل الاحتكاك بين الأجسام الصلبة. عمومًا، يُفضَّل استخدام أقل المُزَلِّق لزوجةً، والذي يُبقي السطحين المتحركين متباعدين لتحقيق ظروف " التلامس السائل "، في ظروف التشغيل العادية للمحرك أو المعدات/الآلات. إذا كان المُزَلِّق شديد اللزوجة، فسيتطلب كمية كبيرة من الطاقة لتحريكه (كما في العسل )؛ أما إذا كان خفيفًا جدًا، فسيتلامس السطحان ويزداد الاحتكاك. ^{[ 2 ]}

تتطلب العديد من تطبيقات مواد التشحيم أداءً متميزًا في نطاق واسع من الظروف، فعلى سبيل المثال، يجب أن تقلل زيوت تشحيم السيارات الاحتكاك بين مكونات المحرك عند بدء تشغيله باردًا (مقارنةً بدرجة حرارة تشغيل المحرك ) وحتى 200 درجة مئوية (392 درجة فهرنهايت) أثناء تشغيله. تتميز أفضل الزيوت ذات مؤشر اللزوجة الأعلى بثباتها وعدم تغير لزوجتها بشكل ملحوظ عبر نطاق درجات الحرارة، مما يضمن أداءً ثابتًا للمحرك ضمن ظروف التشغيل العادية. تاريخيًا، كان يُوصى باستخدام نوعين مختلفين من الزيوت في ظروف جوية مختلفة. فعلى سبيل المثال، في فصل الشتاء، وعند بدء تشغيل المحركات على البارد، وفي نطاق درجات حرارة يتراوح بين -30 درجة مئوية و0 درجة مئوية، يكون زيت ذو لزوجة 5 مناسبًا للضخ في درجات الحرارة المنخفضة جدًا ودرجات حرارة تشغيل المحرك المنخفضة عمومًا. أما في المناخات الحارة، حيث تتراوح درجات الحرارة بين 30 درجة مئوية و45 درجة مئوية، فيلزم استخدام زيت ذو لزوجة 50، ليحافظ على لزوجته الكافية لتكوين طبقة زيتية بين الأجزاء الساخنة المتحركة.      

وهكذا ظهرت مسألة الزيوت متعددة الدرجات، حيث يكون الزيت ذو اللزوجة 5 مناسبًا في درجات حرارة متغيرة، مثلاً -10  درجة مئوية خلال الليالي الباردة و20  درجة مئوية خلال النهار، لأنه سهل الضخ في المحرك البارد، وعندما يصل المحرك إلى درجة حرارة التشغيل، ومع ارتفاع درجة حرارة النهار، تصبح خصائص الزيت ذي اللزوجة 30 مثالية. لذا تم طرح زيوت 5W-30، بدلاً من الدرجات الثابتة التي تحددها درجة الحرارة ، حيث تصبح الزيوت الخفيفة سائلة جدًا عند ارتفاع درجة الحرارة، وتصبح الزيوت السميكة سميكة جدًا عند انخفاضها.  

يمكن توضيح تأثير درجة الحرارة على الزيت أحادي اللزوجة بسكب كمية صغيرة من الزيت النباتي في قدر أو مقلاة، ثم تبريده في مجمد أو تسخينه على موقد. عندما يبرد الزيت بدرجة كافية في المجمد، يتجمد مكونًا كتلة شمعية يصعب ضخها داخل نظام تزييت المحرك. أما عند وضع ملعقة من الزيت البارد جدًا في مقلاة على الموقد وتسخينها ببطء مع التحريك، فإنه يسخن تدريجيًا، ويصل إلى نطاق حراري محدد يكون فيه الزيت دافئًا ولزجًا. مع ذلك، كلما زادت درجة حرارة الزيت، أصبح أقل لزوجة، حتى يكاد يدخن ويصبح سائلًا كالماء تقريبًا، وبالتالي يفقد قدرته على فصل الأجزاء المتحركة، مما يؤدي إلى احتكاك المعادن ببعضها وتلف المكونات التي يفترض أن يفصلها غشاء رقيق من الزيت. 

وبالتالي، يُنصح باستخدام الزيوت متعددة الدرجات بناءً على نطاقات درجات الحرارة المحيطة في الموسم أو البيئة.

بالإضافة إلى ذلك، هناك مسائل تتعلق بالحفاظ على درجة حرارة الزيت، مثل سخانات الزيت أو المحرك التي تتيح بدء التشغيل بسهولة وفترة تسخين أقصر في المناخات شديدة البرودة، ومبردات الزيت لتفريغ كمية كافية من الحرارة من الزيت، وبالتالي من المحرك أو علبة التروس أو دائرة الزيت الهيدروليكي، وذلك للحفاظ على درجة حرارة الزيت ضمن حد التشغيل الأعلى المحدد.

تم وضع مقياس مؤشر اللزوجة (VI) من قِبل جمعية مهندسي السيارات (SAE). وقد تم اختيار درجتي حرارة مرجعيتين بشكل اعتباطي، وهما 100 و210 درجة فهرنهايت (38 و99 درجة مئوية) . في الأصل، تم حساب مؤشر اللزوجة بين 0 للنفط الخام النفثيني من خليج تكساس و100 للنفط الخام البارافيني من بنسلفانيا. ومنذ وضع هذا المقياس، تم إنتاج زيوت ذات جودة أفضل، مما أدى إلى قيم مؤشر لزوجة أعلى من 100 (انظر أدناه). ^{[ 3 ]}  

تُستخدم إضافات تحسين مؤشر اللزوجة والزيوت الأساسية عالية الجودة على نطاق واسع في الوقت الحاضر، مما يزيد من مؤشر اللزوجة الذي يمكن تحقيقه إلى ما يتجاوز 100. ويتراوح مؤشر لزوجة الزيوت الاصطناعية من 80 إلى أكثر من 400.

مؤشر اللزوجة	تصنيف
أقل من 35 عامًا	قليل
من 35 إلى 80	واسطة
من 80 إلى 110	عالي
أعلى من 110	مرتفع جداً

يمكن حساب مؤشر اللزوجة باستخدام الصيغة التالية: ^{[ 4 ]}

${\displaystyle {\text{VI}}={\begin{cases}100{\dfrac {LU}{LH}}&{\text{إذا كان VI}}\leq 100,\\100+{\dfrac {\exp \left({\frac {\log H-\log U}{\log Y}}\right)-1}{0.00715}}&{\text{إذا كان VI}}>100,\end{cases}}}$

حيث U هي اللزوجة الحركية للزيت عند 40 درجة مئوية (104 درجة فهرنهايت) ، و Y هي اللزوجة الحركية للزيت عند 100 درجة مئوية (212 درجة فهرنهايت) ، و L و H هما اللزوجتان عند 40 درجة مئوية لزيتين افتراضيين بمؤشر لزوجة 0 و100 على التوالي، ولهما نفس اللزوجة عند 100 درجة مئوية للزيت الذي نحاول تحديد مؤشر لزوجته. أي أن الزيتين اللذين لهما لزوجة Y عند 100 درجة مئوية ومؤشر لزوجة 0 و100 سيكون لهما عند 40 درجة مئوية اللزوجتان L و H على التوالي. يمكن إيجاد قيم L و H هذه في جداول ASTM D2270 ^{[ 4 ]} وهي مُضمنة في الآلات الحاسبة الإلكترونية. ^{[ 5 ]}         

https://xenum.com/en/engine-oil-viscosity-index/

https://www.lubricants.total.com/what-motor-oil-vi